Липиды: функции и обмен

1. Липиды: функции и обмен

2. ЛИПИДЫ

(от греч. lipos - жир) объединяют
неоднородную группу органических
соединений биологической природы,
которым присуще одно общее свойство
– гидрофобность.
Липиды ЭКСТРАГИРУЮТСЯ ИЗ ТКАНЕЙ
ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ!!!
Они чрезвычайно разнообразны по
химической структуре, входят в
состав всех прокариотических и
эукариотических организмов и
некоторых вирусов.

3. Липиды по физиологическому значению делят на

Структурные: в комплексе с белками
формируют биологические
мембраны, определяют их свойства и
функции, участвуют в построении
защитных покровов растений и
животных.
Регуляторные, обладающие
гормональной активностью и
жирорастворимые витамины.

4. Многокомпонентные липиды

А) Простые липиды:
воски;
ацилдиолы;
ацилглицеролы.
Б) Сложные или смешанные липиды:
диольные фосфолипиды;
глицерофосфолипиды;
сфингофосфолипиды;
гликолипиды.

5. Классификация жиров

6. Биологическая роль липидов

Энергетическая: 1 г жира = 39кДж. Самые энергоемкие.
Энергия окисления жиров используется во время работы и
обеспечивает восстановительные процессы во время отдыха
Теплоизоляционная (особенно у полярных животных,
растений)
Защитная (амортизационная) - предохраняют внутренние
органы от механических повреждений и фиксируют их
Строительная - структурный компонент мембран; особенно
богата ими нервная ткань
Гормональная - выполняют регуляторную функцию: основа
стероидных гормонов
Регуляторная – производные липидов являются
эффективными регуляторами метаболических процессов в
норме и при патологии (простагландины, лейкотриены,
тромбоксаны, регуляторные липиды мембран)
Витаминная – линолевая и линоленовая жирные кислоты
входят в состав витамина F, витамин Д – производное
холестерина
Жиры – растворители многих неполярных соединений,
увеличивают их доступность в метаболизме

7. Жирные кислоты -

Жирные кислоты длинноцепочечные органические
кислоты, содержат одну полярную
карбоксильную группу и
углеводородный радикал,
в состав которого входит
от 3 до 24 атомов углерода
За счет длинного углеводородного
радикала большинство жирных
кислот нерастворимы в воде

8. Жирные кислоты: - насыщенные (масляная, пальмитиновая, стеариновая) (не содержат двойных связей) - ненасыщенные (олеиновая, линолевая, линоле

Жирные кислоты:
- насыщенные (масляная,
пальмитиновая, стеариновая)
(не содержат двойных связей)
- ненасыщенные
(олеиновая, линолевая, линоленовая)
(содержат двойные связи)
и те и другие жирные кислоты
ПРЯМОЦЕПОЧЕЧНЫЕ
и те и другие жирные кислоты чаще всего
состоят из четного числа атомов углерода,
но не всегда
Все ненасыщенные связи в природных
кислотах имеют конфигурацию “цис”

9. Функции ЖК

1. Жирные кислоты являются
строительными блоками для
фосфолипидов и гликолипидов.
Эти амфипатические молекулы
являются важнейшими
компонентами мембран.
2. Многие белки модифицируются
при ковалентном связывании с
жирными кислотами, определяя
тем самым свое положение в
мембранах.

10.

3. Жирные кислоты являются
топливными молекулами. Они
запасаются в виде
триацилглицеролов. При их
освобождении и окислении
освобождается много энергии.
4. Жирные кислоты и их
производные выполняют
регуляторную функцию
(например, эйкозаноиды).

11. Функции незаменимых ЖК:

1) из них образуются биорегуляторы эйкозаноиды;
2) необходимы для построения
мембран (обеспечивают текучесть
мембраны);
3) участвуют в транспорте
холестерола и образовании
липопротеинов.

12. Эйкозаноиды

Эйкозаноиды - это производные
эйкозаполиеновых жирных кислот,
т.е. С20-жирных кислот
(арахидоновой кислоты).
Их делят на простаноиды и
лейкотриены. Термин
простагландины часто используют
для обозначения всех простаноидов

13. Классификация эйкозаноидов

Эйкозаноиды
Простаноиды
Лейкотриены
простагландины
тромбоксаны
простациклины

14. Схема синтеза

Фосфолипиды мембран
Фосфолипаза А2
Арахидоновая кислота 20:4 ( 5,8,11,14)
Липоксигеназа
Циклооксигеназа
Глюкокортикоиды
(ингибируют)
Аспирин, индометацин
(ингибируют)
Лейкотриены - LT Простаноиды (тромбоксаны - ТХ
простациклины - PGI
простагландины - PG)

15. ПРОСТАГЛАНДИНЫ

Функции (используемые для терапии) :
расширение сосудов, снижение артериального давления
ингибиторы тромбообразования
PgF2 прерывает беременность практически на любом
сроке, не вызывая побочных эффектов
успокаивающее действие на ЦНС
средства лечения астмы
В желудке простагландины стимулируют выделение
мукоидов, защищающих слизистую оболочку от действия
ферментов и НСl (при гастритах)

16. Биологическая активность эйкозаноидов

Эйкозаноиды – локальные биорегуляторы, действуют
путем связывания с мембранными рецепторами
в непосредственной близости от места своего синтеза:
аутокринно – на синтезирующие клетки, паракринно – на соседние клетки.
вторичные мессенджеры гидрофильных гормонов,
в некоторых случаях действие эйкозаноидов опосредовано цАМФ и цГМФ
контролируют сокращение гладкомышечной ткани
(кровеносных сосудов, бронхов, матки),
участвуют в высвобождении продуктов внутриклеточного
синтеза (стероидные гормоны; при секреции желудочного
сока – HCl, мукоиды),
влияют на метаболизм костной ткани, периферическую
нервную систему, иммунную систему,
регулируют движение и агрегацию клеток (лейкоцитов и
тромбоцитов),
участвуют в развитии воспалительных реакций,
эффективные лиганды болевых рецепторов.
Могут оказывать противоположные эффекты: ПЦ и ТХ

17. Переваривание глицерофосфолипидов

Распад глицерофосфолипидов
происходит в кишечнике при участии
фосфолипаз, секретируемых
поджелудочной железой. Известно
несколько типов фосфолипаз.
Фосфолипаза А1 гидролизует
эфирную связь в первом положении
глицерофосфолипида.

18.

Фосфолипаза А2 катализирует
гидролитическое отщепление жирной
кислоты во втором положении
глицерофосфолипида. В результате
действия фосфолипазы А2 образуются
лизофосфолипиды и жирные кислоты.
Фосфолипаза С вызывает гидролиз связи
между фосфорной кислотой и глицерином,
что ведет к образованию
диацилглицеролов.
Фосфолипаза Д расщепляет эфирную связь
между азотистым основаием и фосфорной
кислотой с образованием свободного
основания и фосфорной кислоты.

19. Переваривание липидов

20.

Таким образом, в результате
действия фосфолипаз
глицерофосфолипиды
расщепляются до глицерола, высших
жирных кислот, азотистого основания
и фосфорной кислоты.
Эфиры холестерола гидролизуются
панкреатической
холестеролэстеразой на холестерол и
жирную кислоту

21. Транспорт липидов

Жиры гидрофобны, поэтому
существуют специальные механизмы
их транспорта в крови. Свободные
(неэстерифицированные) жирные
кислоты переносятся кровью в виде
комплексов с альбуминами.
Холестерол, его эфиры,
триацилглицеролы, фосфолипиды
транспортируются в составе
липопротеинов.

22. Строение липопротеинов

Липопротеины являются молекулярными
комплексами, состоящими из липидов и белков.
Существует несколько классов липопротеинов
(ЛП), но всех их объединяют следующие
особенности:
1) поверхностный слой липопротеинов состоит
из фосфолипидов, свободного холестерола и
белков;
2) каждый липопротеин содержит особый набор
поверхностных белков - аполипопротеинов
(апо), которые обозначаются буквами
латинского алфавита (А, В, С);
3) сердцевина (ядро) липопротеина состоит из
гидрофобных триацилглицеролов, эфиров
холестерола.

23. Структура липопротеина

24. Функции аполипопротеинов

1) являются структурными
компонентами липопротеинов;
2) участвуют в узнавании и
взаимодействии с рецепторами
мембран;
3) активируют ферменты
метаболизма липопротеинов.

25.

Липопротеины подразделяются на 4
основные класса в зависимости от
плотности (определяемой с помощью
ультрацентрифугирования) и
электрофоретической подвижности:
1.ХМ;
2.ЛПОНП;
3. ЛПНП;
4. ЛПВП.

26. Сложные липиды и стероиды

27. Ацилглицеролы

Ацилглицеролы (ацилглицерины,
нейтральные жиры) – это сложные
эфиры трехатомного спирта глицерола
и высших жирных кислот. Их относят к
универсальным веществам всех
одноклеточных и многоклеточных
организмов. В молекуле глицерола
могут быть этерифицированы как все
три гидроксильные группы, так и одна.

28. Общая формула ацилглицерола

29. Сложные триацилглицеролы

В состав входят остатки разных ЖК,
например, 1-пальмитоил-2-стеароил-3олеилглицерол.

30. Значение

Животные жиры и растительные масла
являются важнейшими составляющими
пищи человека. ЖК и глицерол при
биохимическом окислении
обеспечивают до 30% потребности
организма в энергии, используются при
биосинтезе фосфо- и гликолипидов,
эйкозаноидов.
Используются в промышленности,
косметологии, медицине. Из них
получают олифу, мыло, краски и т.п.

31. Воски

сложные эфиры высших многоатомных
спиртов и высших жирных кислот
с примесью свободных жирных кислот,
спиртов,
насыщенных углеводородов,
ароматических и
красящих веществ
Функция – защита кожи, перьев, плодов.
У позвоночных секретируются кожными
железами, смягчают и смазывают кожу, образуют
защитную смазку на перьях и шерсти, играют
роль гидроизоляции.
У растений покрывают листья, стебли, плоды,
семена

32. Фосфолипиды

- это сложные эфиры
различных многоатомных и
аминоспиртов с жирными кислотами и
фосфорной кислотой
основные компоненты мембран клетки,
функции: рецепторная, барьерная, транспортная.
встречаются в плазме крови
Никогда не запасаются в больших количествах
А) ФОСФОГЛИЦЕРИНЫ
(ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДЫ) наиболее хорошо
изучены. Содержат остатки глицерина, жирных
кислот, фосфорной кислоты, аминоспиртов:
коламина, холина, серина и др.

33.

Х= -СH2-CH2-N(+)(СН3)3 - фосфатидилхолины
Х= -СН2-СН2-NH2
- фосфатидилэтаноламины
Х= -СН2-СН(NH2)COOH - фосфатидилсерины
Х= -СН2-СН(ОН)-СН2-ОН - фосфатидилглицерины
Х= сахар
- фосфатидилсахара
(иначе – гликолипиды)

34.

35. Гликолипиды

ГЛИКОСФИНГОЛИПИДЫ отличаются от
фосфолипидов:
- нет остатка фосфорной кислоты
- есть моносахарид или его производное
В нервной ткани формируют
белое и серое вещество
В зависимости от длины и строения углеводной части:
Цереброзиды - моно или олигосахаридные остатки
(чаще глюкозы или галактозы), связанные
гликозидной связью с третьим гидроксилом сфингозина
(без участия фосфорной кислоты)
Ганглиозиды - длинные цепочки из молекул углеводов (сложный
разветвленный олигосахарид, в его составе N-ацетилнейраминовая или сиаловая кислоты)

36.

Стероиды - высокомолекулярные
полициклические спирты
( неомыляемы и не способны к гидролизу)

37. Эфиры с жирными кислотами – стерины

Н3C
18
11
19
2
3
НО
1
4
CН3
10
5
12
21
CН3
13
22
20
17
Н3C
23
24
16
26
25
CН3
CН3
CН3
27
CН3
14
9
6
CН3
CН3
CН3
8
7
Холестерол
НО
Эргостерол
Роль холестерола: его производные образуют
биологически активные вещества, желчные кислоты,
витамины группы Д, стероидные гормоны.
Основная часть холестерола (70-80%) образуется в
печени из жирных кислот (главным образом
насыщенных) и уксусной кислоты (продукт распада
углеводов). Часть холестерола поступает с пищей.

38. Желчные кислоты

Это производные холановой кислоты или
С24-стероиды. Они являются основными
продуктами метаболизма холестерола,
синтезируются в гепатоцитах,
экскретируются и накапливаются в
желчном пузыре в составе желчи в виде
коньюгатов с аминокислотами –
глицином и таурином, затем поступают
в 12-перстную кишку. Путем синтеза
жирных кислот холестерол выводится
из организма.

39.

40. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ОБМЕН ЛИПИДОВ

1) гидролиз ТАГ – липолиз
2) окисление ЖК и глицерина
до конечных продуктов – СО2 и
Н2О
3) синтез ЖК
4) синтез ТАГ – липогенез
5) синтез ФЛ
6) синтез кетоновых тел
7) синтез ХС

41. 1) Липолиз

Мобилизация ТАГ из депо – гидролитическое
расщепление липидов до СЖК и глицерина,
которые используются как источник энергии.
Жировая ткань – концентрированный запас
энергии (всего ≈125 000 ккал, ≈на 45-50 дней, т.к.
на основной обмен в покое – 2500 ккал/сутки).
Реакции катализируют гормончувствительная
ТАГ-липаза (регуляция инсулином; адреналином,
глюкагоном по аденилатциклазному механизму),
ДАГ- и МАГ-липазы (активность обеих высока и
постоянна, но в покое не проявляется из-за
отсутствия субстратов).
СЖК выходят из жировой ткани, связываются с
альбумином крови гидрофобной частью (наружу
СОО–)и доставляются к клеткам. В цитозоле СЖК к
митохондриям перемещают транспортные белки

42. 2) β-окисление жирных кислот

Впервые механизм изучен в 1904 г. Кнопом
ЖК окисляется по β-атому С: от молекулы
отсоединяются
2С-фрагменты в виде
Ас~КоА
1 этап – активация ЖК ацил-КоА-синтетазой
(АТФ)
RCOOH + HS-КоА + АТФ → RCO~SКоА + АМФ + ФФ +
H2 O
β-окисление идёт в митохондриях (печень,
миокард, лёгкие). Мембрана МХ непроницаема для
длинных ЖК, в том числе в форме ацил-КоА. Их
переносит карнитин. ЖК до 8-10 атомов С поступают
в МХ без карнитина.

43.

44. 2 этап – непосредственно β-окисление

R-CH2-CH2-CO~SКоА
ацилКоА-дегидрогеназа
R-CH=CH-CO~SКоА
2АТФ
гидратаза
R-CHОН-CH2-CO~SКоА
β-гидроксиацил-ДГ
R-CО-CH2-CO~SКоА
3АТФ
тиолаза
R-CО~SКоА + CH3-CO~SКоА
пальмитиновая кислота 16С=14С+2С

45. Окисление ненасыщенных жирных кислот

При окислении ненасыщенных жирных
кислот возникает потребность клетки в
дополнительных ферментах изомеразах:
1) перемещают двойные связи в остатках
жирных кислот из γ- в β-положение,
2) переводят природные двойные связи из
цис- в транс-положение.
Так имеющаяся двойная связь готовится к
β-окислению, в котором пропускается
первая ФАД-зависимая реакция цикла.

46. Окисление жирных кислот с нечетным числом атомов углерода

Жирные кислоты с нечетным числом
углеродов поступают в организм с
растительной пищей и морепродуктами,
окисляются обычным путём до последней
реакции, где образуется пропионил-S-КоА.
Далее пропионил-S-КоА карбоксилируeтся
и изомеризуется, образуя сукцинил-S-КоА.
В этих реакциях участвуют:
биотин и витамин В12.

47. РАСПАД ГЛИЦЕРОЛА до СО2 и Н2О

Ферменты
глицеролкиназа (- 1 АТФ)
глицерофосфатдегидрогеназа (НАД+ → НАДН) (+ 3 АТФ)
триозофосфатизомераза
далее окисление идёт до пирувата с использованием
гликолитического пути, затем пируват→асКоА
и поступает в общие пути метаболизма (ЦТК и ДЦ)

48. Предшественники для синтеза липидов

ДОАФ (промежуточный продукт гликолиза) –
для глицерола, если образование липидов
происходит из углеводов или белков
ацетил-коА – для жирных кислот,
холестерола
Некоторые аминокислоты – для
аминоспиртов фосфолипидов
Синтез липидов требует больших энерготрат
для активации исходных веществ

49. 3) Синтез жирных кислот

При синтезе наращиваются 2С-фрагменты
и затем восстанавливаются с участием НАДФН.
Работает мультиферментный комплекс
синтаза ЖК, локализованный в цитоплазме.
Основной источник синтеза – Ас~КоА,
образуется в МХ при β-окислении ЖК.
Поэтому между матриксом МХ и цитозолем
работают переносчики.
Они переносят Ас~КоА в цитозоль в виде цитрата,
где лиаза, затрачивая АТФ, разлагает цитрат на
Ас~КоА и ОА(обратно – в виде пирувата)

50. 1 этап – образование малонил-КоА

1 этап – образование малонилКоА
СН3СО~КоА + СО2 → СООНСН2СО~КоА
Фермент карбоксилаза (кофермент – биотин)
использует АТФ для присоединения СО2
2 этап – работа комплекса синтаза ЖК.
Содержит 2 функциональных центра
1) -SH группа цистеина
2) -SH группа ацилпереносящего белка АПБ-
SH

51. Синтез триацилглицеролов

2 пути синтеза ТАГ:
Печень использует оба пути 1) + 2)
1) на основе глицерина – в кишечнике и
почках,
2) на основе ДОАФ – в жировой ткани.

52. Транспорт жиров из печени

В печени синтезируется большое
количество различных видов эндогенного
жира.
Жир выводится из печени в составе
ЛПОНП:
≈ 55 % ТАГ (нейтральный жир),
≈ 18 % ФЛ (фосфолипиды).
В состав фосфолипидов обязательно
включаются ненасыщенные и
полиненасыщенные жирные кислоты
(особенно во второе положение
глицерола).

53. 5) Синтез фосфолипидов

Фосфатидная кислота – ключевой продукт синтеза
До стадии фосфатидной кислоты синтез как у ТАГ
Первый путь синтеза (далее схема на слайде)
Активация и перенос азотистых оснований.
Холин (или этаноламин) с затратой АТФ (↑АДФ)
фосфорилируется киназой до фосфохолина.
2.
Затем работает ЦТФ и встаёт в виде ЦМФ (↑ФФ)
к фосфору в фосфохолин. Получаем ЦДФ-холин.
3. Фосфатаза убирает фосфор от фосфатидной
кислоты с образованием ДАГ.
4. ДАГ связывается с ЦДФ-холином с получением
фосфатидилхолина.
1.

54. СИНТЕЗ ХОЛЕСТЕРОЛА

Холестерол – стероид, характерный только для
животных организмов.
50% содержится в печени, 20% в кишечнике.
В сутки 0,3-0,4 г поступает с пищей, 0,8-1,0 г синтезируется
Синтез ХС в цитозоле клеток – один из самых
длинных метаболических путей.
Расшифровал последовательность пути Конрад Блох
в 40-е годы ХХ века с помощью меченых атомов С.
Три этапа синтеза
I этап – образование мевалоновой кислоты.
2 Ас-КоА→ ацетоацетил-КоА + Ас-КоА →
β-гидрокси-β-метилглутарил КоА
(может пойти в МХ на синтез кетоновых тел),
но ГМГКоА-редуктаза удаляет НSКоА и присоединяет протоны от НАДФН→мевалоновая кислота
(знать химизм образования мевалоновой кислоты)

55.

II этап – мевалоновая кислота конденсируется
в сквален
Сначала мевалоновая кислота теряет СО2 и
превращается в изопентенилдифосфат (5 С)
СН3-С(=СН2)-СН2-СН2-Р-Р (изопреноид, содержащий пирофосфат)
изопентенилдифосфат присоединяет ещё одну
такую же молекулу (5С), потом ещё одну (5С) и
получается фарнезилдифосфат (15 С).
Две молекулы 15С конденсируются до структуры
(30 С) – сквален (участвует НАДФН)
III этап – сквален замыкается в цикл
ланостерола (30 С) (участвуют НАДФН, О2) и
через 20 реакций преобразуется в холестерол (27
С)

56.

Все клетки организма способны
синтезировать холестерол
Синтез в организме :
50% образуется в печени,
около 15% в кишечнике,
оставшаяся часть в любых
клетках, не утративших ядро
Примерно 1/4 часть всего
холестерола в организме
этерифицирована
полиненасыщенными жирными
кислотами.
В плазме крови соотношение
эфиров холестерола к свободному
холестеролу составляет 2:1

57.

ГМГ-редуктаза ключевой фермент
синтеза
холестерола, его активность регулируется:
высокие концентрации ХС блокируют синтез фермента в
печени (на уровне экспрессии гена)
фосфорилирование (неактивная форма) дефосфорилирование (активная форма)
гормоны: адреналин и глюкагон ингибируют, а
инсулин активирует фермент
Вспоминаем:
1) Транспорт холестерола и его эфиров
осуществляется: ЛП низкой плотности – к тканям,
ЛП высокой плотности – из тканей.
2) При депонировании ХС в тканях происходит его
этерификация, т.е. образуются эфиры ХС и ЖК.
3) В ЛПВП важный фермент – ЛХАТ (лецитин:холестерол
ацилтрансфераза) способствует удалению ХС из тканей

58. Основные виды патологии липидного обмена

Желчекаменная болезнь
Холестерол является компонентом желчных
кислот и может находиться в виде
кристаллов, которые способны слипаться
друг с другом, что приводит к образованию
камней.
Дислипопротеинемии
см подробно ранее в этой лекции
5 типов дислипопротеинемий – наследственные
заболевания. Сопровождаются либо дефектами
структуры ЛП, либо патологией рецепторов к
ЛП, либо нарушением удаления остаточных
ХМ, либо нарушением регуляции

59. Атеросклероз

При повреждении эндотелия сосудов ЛП проникают
в сосудистую стенку и поглощаются фагоцитами.
Все их составные части разрушаются ферментами,
кроме эфиров холестерола, т.к. у фагоцитов нет
соответствующих ферментов. Эфиры холестерола
инкапсулируются соединительной тканью, туда же
откладываются соли и возникает
атеросклеротическая бляшка. Сужается просвет
сосуда, ухудшается кровоснабжение, что приводит к
атрофии органа. Причиной атеросклероза может
быть нарушение транспорта, синтеза холестерола,
что приводит к гиперхолестеролемии. Большое
значение в развитии атеросклероза имеет дисбаланс
ЛП различной плотности в сыворотке крови.
Индекс атерогенности – отношение ХС в
ЛПНП
ХС в

60. • холестериновый коэффициент атерогенности

k = ХС общ – ХС ЛПВП
ХС – концентрация общего холестерола,
ХС ЛПВП – концентрация ЛПВП.
Это отношение идеально у новорожденных (<1);
20-30 лет 2,0–2,9; старше 30 лет у здоровых 3,0–3,5
(у женщин обычно ниже, чем у мужчин); у лиц с
ишемической болезнью сердца 4,0–5,0–6,0 единиц
и выше.
Этот коэффициент – более чувствительный фактор
развития атеросклероза, чем ХС-лецитиновый
показатель (отношение концентрации холестерола
к концентрации лецитина в плазме крови), который
раньше широко применяли в клинике.

61. Содержание основных липидов в плазме человека:

ТАГ = 0,5 - 2,3 ммоль/л
ХС = 3,9 - 6,5 ммоль/л
НЭЖК = 0,4 - 0,8 ммоль/л
ЭЖК = 7,1 - 15,9 ммоль/л
ФЛ = 1,4 - 3,7 ммоль/л